(57)【要約】【課題】  再生サイクルガスタービンにおいても低ＮＯx を達成することのできるガスタービンの燃料制御装置を得る。【解決手段】  再生サイクルガスタービンの燃焼器９に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置３１であって、燃焼器９に主燃料を供給する主燃料供給系３９と、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決め、この当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１とを設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生サイクルガスタービンの燃焼器に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置であって、
前記燃焼器に主燃料を供給する主燃料供給系と、
負荷の信号に応じてパイロット当量比を決め該パイロット当量比に基づき前記燃焼器に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系と
を具備したことを特徴とするガスタービンの燃料制御装置。
【請求項２】
再生サイクルガスタービンの燃焼器に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置であって、
前記燃焼器に主燃料を供給する主燃料供給系と、
負荷と燃焼器入口温度の信号に応じてパイロット当量比を決め該パイロット当量比に基づき前記燃焼器に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系と
を具備したことを特徴とするガスタービンの燃料制御装置。
【請求項３】
前記主燃料供給系が、ガバナーと連動される主燃料制御弁を有し、
前記パイロット燃料供給系が、該主燃料制御弁と独立に制御されるパイロット燃料制御弁を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項４】
前記パイロット燃料制御弁に代えて、前記パイロット燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを有することを特徴とする請求項３記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項５】
前記主燃料制御弁に代えて、前記主燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを有することを特徴とする請求項４記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項６】
燃料供給源に対し、前記主燃料供給系と前記パイロット燃料供給系が並列に接続されていることを特徴とする請求項３乃至５記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項７】
前記パイロット燃料制御弁が前記主燃料制御弁とは独立に前記ガバナによって制御されるように構成され、
前記燃焼器へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁の容量内である場合は前記ガバナが前記パイロット燃料制御弁のみを制御し、前記燃焼器へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁の容量を越える場合は前記パイロット燃料供給系には定量を流すとともに前記ガバナが前記主燃料制御弁を制御するように構成されたことを特徴とする請求項６記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項８】
前記燃焼器には前記主燃料制御系から供給された燃料を燃焼させる主燃焼ノズルが複数設けられており、
前記主燃料制御弁と前記燃焼器の間の前記主燃料供給系に、燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えるための切替手段を設けたことを特徴とする請求項７記載のガスタービンの燃料制御装置。
【請求項９】
負荷に応じて燃料の総量を制御するガバナを備え、再生サイクルガスタービンの燃焼器に設けられたパイロット燃焼ノズル及び複数の主燃焼ノズルに燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置であって、
単一の燃料供給源と、
前記燃料供給源に対して直接に接続され、前記ガバナに制御されて前記燃焼器の前記主燃焼ノズルに燃料を供給する主燃料制御弁を備えた主燃料供給系と、
前記燃料供給源に対して直接に接続され、前記主燃料供給系とは独立に前記ガバナに制御されることにより負荷に応じて設定されたパイロット当量比に基づいて前記燃焼器の前記パイロット燃焼ノズルに燃料を供給するパイロット燃料制御弁を備えたパイロット燃料供給系とを具備し、
前記燃焼器へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁の容量内である場合は前記ガバナが前記パイロット燃料制御弁のみを制御し、前記燃焼器へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁の容量を越える場合は前記パイロット燃料供給系には定量を流すとともに前記ガバナが前記主燃料制御弁を制御するように構成されたことを特徴とするガスタービンの燃料制御装置。
【請求項１０】
前記主燃料制御弁と前記燃焼器の前記主燃焼ノズルとの間の前記主燃料供給系に、燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えるための切替手段を設けたことを特徴とする請求項９記載のガスタービンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合燃焼器を備えたガスタービンの燃料制御装置に関し、更に詳しくは、予混合燃焼器への燃料流量を制御してＮＯx 等の排気エミッションを低減させる改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電システムに用いられるガスタービンには再生器を備えた再生サイクルガスタービンがある。図６は従来の再生サイクルガスタービンの概略の構成を表したブロック図である。この種の再生サイクルガスタービン１では、圧縮機３の排気側に再生器５が配管接続される。圧縮機３の吸気口から吸い込まれた空気が圧縮機３の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器５に導入される。再生器５に導入された空気は、タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼器９に導かれ、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、タービン７で膨張し、そのエネルギーがタービン７の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機３の動力となり、他の一部はガスタービン１の出力となって、減速機１１を介して発電機１３を駆動する。タービン７で回転力に変換された後の排気ガスは、ディフューザ１４を介して再生器５へ導入され、外部に排出される。このように再生器５を備えた再生サイクルガスタービン１では、再生器５に圧縮された燃焼用空気とタービン７からの排気ガスとが別系統で通過され、これら燃焼用空気と排気とが熱交換されることで、排気ガス中の熱エネルギーを有効利用可能としている。
【０００３】
ところで、近年、環境保護のために、ガスタービンの燃焼排ガス中のＮＯx （窒素酸化物）を低減することが義務付けられている。このＮＯx の発生を抑制するものに、燃料を予め十分な燃焼用空気と予混合して均質化し、これを希薄燃焼させる予混合燃焼が知られている。
【０００４】
従来、この予混合燃焼を行うシンプルサイクル（再生器を用いない）ガスタービンの燃料制御装置１５では、図７に示すように、燃料供給ポンプ１７から吐出される全体の燃料流量が、ガバナーと連動した１個の燃料制御手段１９によって制御される。これによって、負荷に応じた燃料流量が確保されるようになっている。燃料制御手段１９を通った燃料は、主燃料供給系２１と、パイロット燃料供給系２３の２つに燃料系統に分かれる。なお、主燃料供給系２１には、運転停止時或いは低負荷時に、エアーをパージして燃料の固着を防止するためのパージエアー手段２５が設けられる。また、図中、２７は燃焼器を示す。パイロットノズルの燃料は、低ＮＯx モードに設定した後は燃料流量を変える必要がないことから、従来のパイロット燃料供給系２３ではオリフィス２３ａにより流量を固定（一定に）していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、シンプルサイクルガスタービンでは、ガスタービンの燃焼器入口に圧縮機で圧縮された空気が入ってくるが、ガスタービンの回転数がほぼ一定であるので、空気量はほとんど変化せず、燃焼器入口温度もほぼ一定である。従って、パイロットノズルの燃料量は一旦低ＮＯx モードに設定すると、これを変更することはない。即ち、燃焼器入口温度がほぼ一定のためパイロット当量比によってＮＯx の排出量は変化するが、ＮＯx の排出量が最も小さくなるようにパイロットノズルへの燃料量が固定されていた。なお、ここで、当量比とは、（理論空燃比）／（実空燃比）を言う。また、空燃比とは、（空気量）／（燃料量）を言う。
しかしながら、再生サイクルガスタービンでは、排気ガスの温度によって再生器で回収される熱量が異なるため、燃焼器入口の空気温度が変化する。そして、負荷が増加すれば（全体当量比が大きくなれば）、排気ガスの温度が上昇し、燃焼器入口の空気温度が増加する。その結果、パイロット当量比を固定するとＮＯx が増加した。
また、燃焼効率が低いと熱効率が悪化し、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の排出及びスモークも悪化するため、燃焼効率は高く保つことが必要となった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、再生サイクルガスタービンにおいても低ＮＯx 及び高い燃焼効率を達成することのできるガスタービンの燃料制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項１記載のガスタービンの燃料制御装置３１は、再生サイクルガスタービン１の燃焼器９に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置３１であって、前記燃焼器９に主燃料を供給する主燃料供給系３９と、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決め該パイロット当量比に基づき前記燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１とを具備したことを特徴とする。
【０００７】
このガスタービンの燃料制御装置３１では、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決めこのパイロット当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１が備えられることで、負荷の信号から適切なパイロット当量比が決められ、それに見合うパイロット燃料を供給する制御が行われる。例えば、低ＮＯｘを達成するにはパイロット当量比を小さくし（空気量が変わらなければ燃料を減らし）、燃焼効率を高く保つにはパイロット当量比を大きくする（空気量が変わらなければ燃料を多くする）。これにより、燃焼器入口の空気温度が変化する再生サイクルガスタービン１であっても、パイロット当量比が常に最適化されるので、ＮＯx が低いレベルに抑えられる。
【０００８】
請求項２記載のガスタービンの燃料制御装置３１は、再生サイクルガスタービン１の燃焼器９に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置３１であって、前記燃焼器９に主燃料を供給する主燃料供給系３９と、負荷と燃焼器入口温度の信号に応じてパイロット当量比を決め該パイロット当量比に基づき前記燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
このガスタービンの燃料制御装置３１では、負荷と燃焼器入口温度の信号に応じてパイロット当量比を決めこのパイロット当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１が備えられることで、負荷の信号から適切なパイロット当量比が決められ、それに見合うパイロット燃料を供給する制御が行われる。これにより、燃焼器入口の空気温度が変化する再生サイクルガスタービン１であっても、パイロット当量比が常に最適化されるので、ＮＯx が低いレベルに抑えられる。また、ガスタービンは吸気温度（周囲温度）により性能が変化する。同じ負荷であっても吸気温度が高いと燃焼器入口温度も高くなる。本構成によれば、負荷に加えて燃焼器入口温度にも応じてパイロット当量比が決められるので、負荷のみでは制御しきれないパイロット燃料の供給制御が可能となる。
【００１０】
請求項３記載のガスタービンの燃料制御装置３１は、請求項１又は請求項２記載のガスタービンの燃料制御装置３１であって、前記主燃料供給系３９が、ガバナーと連動される主燃料制御弁３３を有し、前記パイロット燃料供給系４１が、該主燃料制御弁３３と独立に制御されるパイロット燃料制御弁４３を有することを特徴とする。
【００１１】
このガスタービンの燃料制御装置３１では、燃料ポンプ１７から供給される全体の燃料が主燃料供給系３９の主燃料制御弁３３によって制御され、パイロットの燃料が主燃料制御弁３３と独立に制御されるパイロット燃料制御弁４３によって制御される。ある一定条件（負荷、燃焼器入口温度）のとき、パイロットの燃料が変動するとＮＯx 値も変動する。従って、パイロットの燃料は、可能な限り一定（変動しない）にする必要がある。本構成によれば、全体の変動が主燃料制御弁３３によって吸収され、パイロットの燃料が独立のパイロット燃料制御弁４３によって制御されるので、パイロットには可能な限り変動が生じなくなる。
【００１２】
請求項４記載のガスタービンの燃料制御装置３１は、請求項３記載のガスタービンの燃料制御装置３１であって、前記パイロット燃料制御弁４３に代えて、前記パイロット燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを有することを特徴とする。
【００１３】
このガスタービンの燃料制御装置３１では、パイロット燃料供給系４１に設けられた可変速モーター付燃料ポンプによってパイロット燃料の流量が直接的に可変制御される。即ち、弁開度を変化させ、通過するパイロット燃料の流量を可変させるパイロット燃料制御弁４３と異なり、能動的な供給が可能となり、制御流量が安定化する。
【００１４】
請求項５記載のガスタービンの燃料制御装置３１は、請求項４記載のガスタービンの燃料制御装置３１であって、前記主燃料制御弁３３に代えて、前記主燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを有することを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンの燃料制御装置３１では、主燃料供給系３９に設けられた可変速モーター付燃料ポンプによって主燃料の流量が直接的に可変制御される。即ち、弁開度を変化させ、通過する主燃料の流量を可変させる主燃料制御弁３３と異なり、能動的な供給が可能となり、制御流量が安定化する。また、これにより、パイロット燃料制御弁４３及び主燃料制御弁３３の双方が可変速モーター付燃料ポンプとなることで、従来設けられていた燃料供給ポンプ１７の廃止も可能となる。
【００１６】
請求項６記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａは、請求項３乃至５記載のガスタービンの燃料制御装置において、燃料供給源に対し、前記主燃料供給系３９と前記パイロット燃料供給系４１ａが並列に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａは、請求項６記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａにおいて、前記パイロット燃料制御弁４３が前記主燃料制御弁３３とは独立に前記ガバナによって制御されるように構成され、前記燃焼器９へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁４３の容量内である場合は前記ガバナが前記パイロット燃料制御弁４３のみを制御し、前記燃焼器９へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁４３の容量を越える場合は前記パイロット燃料供給系４１ａには定量を流すとともに前記ガバナが前記主燃料制御弁３３を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項６又は７記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａによれば、前記パイロット燃料供給系４１ａの流量がより安定し、燃焼器９が振動燃焼を起こすおそれが少ない。
【００１９】
請求項８記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａは、請求項７記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａにおいて、前記燃焼器９には前記主燃料制御系３９から供給された燃料を燃焼させる主燃焼ノズルが複数設けられており、前記主燃料制御弁３３と前記燃焼器９の間の前記主燃料供給系３９に、燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えるための切替手段５０を設けたことを特徴とする。
【００２０】
このガスタービンの燃料制御装置３１ａによれば、切替手段５０によって燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えることができるので、燃料の燃焼が良好となり、排気エミッションの低減が可能となり、低ＮＯX 、低ＣＯ、低ＴＨＣとすることができる。
【００２１】
請求項９記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａは、負荷に応じて燃料の総量を制御するガバナを備え、再生サイクルガスタービンの燃焼器９に設けられたパイロット燃焼ノズル及び複数の主燃焼ノズルに燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置であって、
単一の燃料供給源と、
前記燃料供給源に対して直接に接続され、前記ガバナに制御されて前記燃焼器９の前記主燃焼ノズルに燃料を供給する主燃料制御弁３３を備えた主燃料供給系３９と、
前記燃料供給源に対して直接に接続され、前記主燃料供給系３９とは独立に前記ガバナに制御されることにより負荷に応じて設定されたパイロット当量比に基づいて前記燃焼器９の前記パイロット燃焼ノズルに燃料を供給するパイロット燃料制御弁４３を備えたパイロット燃料供給系４１ａとを具備し、
前記燃焼器９へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁４３の容量内である場合は前記ガバナが前記パイロット燃料制御弁４３のみを制御し、前記燃焼器９へ供給する燃料の流量が前記パイロット燃料制御弁４３の容量を越える場合は前記パイロット燃料供給系４１ａには定量を流すとともに前記ガバナが前記主燃料制御弁３３を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００２２】
このガスタービンの燃料制御装置３１ａによれば、前記パイロット燃料供給系４１ａの流量がより安定し、燃焼器９が振動燃焼を起こすおそれが少ない。
【００２３】
請求項１０記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａは、請求項９記載のガスタービンの燃料制御装置３１ａにおいて、前記主燃料制御弁３３と前記燃焼器９の前記主燃焼ノズルとの間の前記主燃料供給系３９に、燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えるための切替手段５０を設けたことを特徴とする。
【００２４】
このガスタービンの燃料制御装置３１ａによれば、切替手段５０によって燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えることができるので、燃料の燃焼が良好となり、排気エミッションの低減が可能となり、低ＮＯX 、低ＣＯ、低ＴＨＣとすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るガスタービンの燃料制御装置によれば、再生サイクルガスタービンの燃焼器に燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置において、燃焼器に主燃料を供給する主燃料供給系と、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決めこのパイロット当量比に基づき燃焼器に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系とを備えたので、負荷の信号から適切なパイロット当量比を決め、それに見合うパイロット燃料を供給する制御が行われ、燃焼器入口の空気温度が変化する再生サイクルガスタービンであっても、パイロット当量比が常に最適化されることで、好適な燃焼を実現してＮＯx 等の排気エミッションを低いレベルに抑えることができる。
【００２６】
さらに、本発明に係るガスタービンの燃料制御装置によれば、主燃料供給系とパイロット燃料供給系を前記燃料供給源に対して並列とし、それぞれ燃料供給源に直接接続したので、前記パイロット燃料供給系の流量がより安定し、燃焼器が振動燃焼を起こすおそれが少ない。
【００２７】
さらに、本発明に係るガスタービンの燃料制御装置によれば、前記主燃料供給系に切替手段５０を設けて燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えられるようにしたので、燃料の燃焼が良好となり、排気エミッションの低減が可能となり、低ＮＯX 、低ＣＯ、低ＴＨＣとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係るガスタービンの燃料制御装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る燃料制御装置の概略の構成を表すブロック図、図２はパイロット当量比とＮＯx 排出量の関係と、パイロット当量比と燃焼効率の関係を、燃焼器入口温度をパラメータとして示した本発明の作用・効果説明図、図３は本発明に係る燃料制御装置の運転状況下におけるＮＯx とパイロット当量比の相関を表す説明図である。なお。図６、図７に示した部材と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
【００２９】
本実施の形態によるガスタービンの燃料制御装置３１は、例えば図６に示した再生サイクルガスタービン１の燃焼器９に燃料供給する場合に好適に用いることができる。燃料制御装置３１では、燃料供給ポンプ１７から吐出される全体の燃料流量が、ガバナーと連動した主燃料制御弁３３によって制御される。主燃料制御弁３３の下流配管には三方弁３５が設けられ、三方弁３５は戻り管３７によって主燃料制御弁３３の上流配管に接続されている。これによって、負荷に応じた燃料流量が確保されるようになっている。
【００３０】
主燃料制御弁３３を通った燃料は、主燃料供給系３９と、パイロット燃料供給系４１の２つに燃料系統が分かれる。主燃料供給系３９は、燃焼器９に主燃料を供給する。主燃料供給系３９には、運転停止時或いは低負荷時に、エアーをパージして燃料の固着を防止するためのパージエアー手段２５が設けられる。
【００３１】
パイロット燃料供給系４１にはパイロット燃料制御弁４３が介装される。パイロット燃料制御弁４３の下流配管には三方弁４５が設けられ、三方弁４５は戻り管４７によってパイロット燃料制御弁４３の上流配管に接続されている。そして、パイロット燃料制御弁４３は、上記の主燃料制御弁３３と独立に制御される。
【００３２】
図２に示すように、再生サイクルガスタービンの場合、負荷の変化に伴う燃焼器入口温度の変化により、ＮＯx 値が変動する。即ち、燃焼器入口温度が上昇すれば、ＮＯx が増大する。また、燃焼効率が低いと熱効率が悪化し、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の排出及びスモークも悪化する。更に、燃焼効率は、パイロット当量比の増加と略比例する。そこで、パイロット燃料制御弁４３の制御は、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決め、このパイロット当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するよう制御される。つまり、負荷の信号から適切なパイロット当量比が決められ、それに見合う予混合燃料を供給する制御が行われる。例えば、低ＮＯx を達成するにはパイロット当量比を小さくし（空気量が変わらなければ燃料を減らし）、燃焼効率を高く保つにはパイロット当量比を大きくする（空気量が変わらなければ燃料を多くする）制御がなされる。
【００３３】
なお、上記構成では、パイロット当量比を負荷の信号のみによって決め、パイロット燃料の流量を可変制御するが、その変形例として、パイロット当量比を、負荷と燃焼器入口温度との双方の信号に応じて決めるものとしてもよい。また、パイロット燃料制御弁４３は、例えば負荷検出手段（図示せず）からの負荷検出信号、温度検出手段（図示せず）からの温度検出信号に基づき、弁開度を変化させて燃料通過量の可変制御を可能としている。
【００３４】
また。本実施の形態では、燃料供給ポンプ１７から供給される全体の燃料が主燃料制御弁３３によって制御され、パイロットの燃料が主燃料制御弁３３と独立のパイロット燃料制御弁４３によって制御される。ここで、ある一定条件（負荷、燃焼器入口温度）のとき、パイロットの燃料が変動するとＮＯx 値も変動する。従って、パイロットの燃料は、可能な限り一定（変動しない）にする必要がある。本構成によれば、全体の変動が主燃料制御弁３３によって吸収され、パイロットの燃料が独立のパイロット燃料制御弁４３によって制御されるので、パイロットには可能な限り変動が生じないようになっている。
【００３５】
また、本発明に係る燃料制御装置３１は、上記のパイロット燃料制御弁４３に代えて、パイロット燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを用いるものであってもよい。このような可変速モーター付燃料ポンプを備えた構成によれば、パイロット燃料供給系４１に設けられた可変速モーター付燃料ポンプによってパイロット燃料の流量が直接的に可変制御される。即ち、弁開度を変化させ、通過するパイロット燃料の流量を可変させるパイロット燃料制御弁４３と異なり、能動的な供給が可能となり、制御流量が安定化する。
【００３６】
更に、本発明に係る燃料制御装置３１は、主燃料制御弁３３に代えて、主燃料の流量を可変制御する可変速モーター付燃料ポンプを用いるものであってもよい。この構成によれば、主燃料供給系３９に設けられた可変速モーター付燃料ポンプによって主燃料の流量が直接的に可変制御される。即ち、弁開度を変化させ、通過する主燃料の流量を可変させる主燃料制御弁３３と異なり、能動的な供給が可能となり、制御流量が安定化する。また、これにより、パイロット燃料制御弁４３及び主燃料制御弁３３の双方が可変速モーター付燃料ポンプとなることで、従来設けられていた燃料供給ポンプ１７の廃止も可能となる。
【００３７】
このように構成されるガスタービンの燃料制御装置３１によれば、負荷の信号に応じてパイロット当量比を決め、このパイロット当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御するパイロット燃料供給系４１が備えられることで、負荷の信号から適切なパイロット当量比が決められ、それに見合うパイロット燃料を供給する制御が行われる。これにより、燃焼器入口の空気温度が変化する再生サイクルガスタービンであっても、パイロット当量比が常に最適化されるので、ＮＯx が低いレベルに抑えられる。
【００３８】
図３はパイロットの燃料流量を制御し、ＮＯx の値を低く抑えた例を示している。Ｒ５０（Ｐ）（負荷５０％）まではパイロット燃料のみで運転されているが、Ｒ５０（Ｐ＋Ｍ）からはパイロット（Ｐ）と主燃料（Ｍ）の両方で運転された。パイロットの燃料流量が一定の場合は、図中白丸印のように負荷の増加と共にＮＯx の値は増加する。一方、パイロットの燃料流量を制御し（パイロット当量比を最適化し）、ＮＯx の排出を抑えるようにすると、図中黒丸印のようにＮＯx を低いレベルに抑えることができた。
【００３９】
また、ガスタービンは吸気温度（周囲温度）により性能が変化するため、同じ負荷であっても吸気温度が高いと燃焼器入口温度も高くなる。上記した変形例のように、負荷に加えて燃焼器入口温度の信号にも応じてパイロット当量比を決め、このパイロット当量比に基づき燃焼器９に供給するパイロット燃料の流量を可変制御すれば、上記と同様に、パイロット当量比が常に最適化され、ＮＯx が低いレベルに抑えられるのに加え、負荷のみでは制御しきれないパイロット燃料の供給制御も可能にできる。
【００４０】
以上説明した実施の形態では、負荷一定、回転数一定でも回転を一定とするようにガバナが調速するので、主燃料供給系３９においては、主燃料制御弁３３の下流に設けられた三方弁の下流では、燃料圧力はある一定の幅で変動することが避けられない。ところが、第１の実施形態では、主燃料供給系３９の主燃料制御弁３３の下流からパイロット燃料供給系４１が分岐していたため、主燃料供給系３９の圧力の変動がパイロット燃料供給系４１に加わってしまい、パイロット燃料制御弁４３の燃料流量がやや不安定になる場合が考えられる。その場合にはパイロット火炎が不安定になり、さらに変動が大きくなると燃焼器９において振動燃焼や逆火が起きる可能性があった。かかる可能性にも係わらず、上記実施の形態は上述したような効果を有しているが、本願では上記可能性を除去したさらに好ましい他の実施の形態を図４〜図６を参照して説明する。但し、第１の実施の形態（図１）と同様の構成部分については図４中に同一の符号を付してその説明を必要に応じて省略する。
【００４１】
このガスタービンの燃料制御装置３１ａは、負荷に応じて燃料の総量を制御するガバナを備え、再生サイクルガスタービンの燃焼器９に設けられたパイロット燃焼ノズル及び複数の主燃焼ノズルに燃料を供給するガスタービンの燃料制御装置である。
【００４２】
ガスタービンの燃料制御装置３１ａは単一の燃料供給源を有しており、さらに前記ガバナに制御されて前記燃焼器９の前記主燃焼ノズルに燃料を供給する主燃料制御弁３３を備えた主燃料供給系３９と、前記主燃料供給系３９とは独立に前記ガバナに制御されることにより負荷に応じて設定されたパイロット当量比に基づいて前記燃焼器９の前記パイロット燃焼ノズルに燃料を供給するパイロット燃料制御弁４３を備えたパイロット燃料供給系４１ａとを具備しているが、本例では主燃料供給系３９とパイロット燃料供給系４１ａはいずれも前記燃料供給源に対して直接に接続されている。すなわち、パイロット燃料供給系４１ａは、主燃料供給系３９の主燃料制御弁３３の手前側（燃料供給ポンプ１７側）からラインが分岐しているので両系統は互いに独立している。換言すれば、主燃料供給系３９とパイロット燃料供給系４１ａは前記燃料供給源に対して並列に接続されている。
【００４３】
また、このガスタービンの燃料制御装置３１ａは、主燃料供給系３９において、主燃料制御弁３３と燃焼器９の主燃焼ノズルとの間に、切替弁等の切替手段５０を設け、この切替手段５０の操作によって燃料が供給される主燃焼ノズルの数を選択することができるように構成されている。なお、図４は模式的に示した例であるが、燃焼器９は２基の主燃焼ノズルを有しており、切替手段５０により１基又は２基を選択することができる。
【００４４】
以上説明した本例のガスタービンの燃料制御装置３１ａによれば、主燃料供給系３９とパイロット燃料供給系４１ａが独立しているので互いに影響を与えることがなく、第１の実施形態のように主燃料制御弁３３の燃料圧力の変動によってパイロット燃料制御弁４３の燃料の圧力や流量が不安定になることはない。すなわち、主燃料供給系３９において燃料圧力がある一定の幅で変動したとしても、パイロット燃料供給系４１ａには影響がなく、パイロット燃料供給系４１ａは燃料圧力が変動せず、ほぼ一定の値を維持でき、燃料の流量はより安定し、これによって燃焼器９が振動燃焼や逆火を起こすおそれは可及的に減少する。
【００４５】
また、以上説明した本例のガスタービンの燃料制御装置３１ａによる燃焼器９の燃焼制御によれば、燃焼器９へ供給する燃料の流量がパイロット燃料制御弁４３の容量内である場合は、ガバナがパイロット燃料制御弁４３のみを制御する。具体的には、負荷に応じてガバナがパイロット燃料制御弁４３を制御することにより、負荷に応じたパイロット当量比で制御することとなる。また、燃焼器９へ供給する燃料の流量がパイロット燃料制御弁４３の容量を越える場合は、パイロット燃料供給系４１ａには定量を流し、ガバナが主燃料制御弁３３を制御する。
【００４６】
さらに、本例では、上述したパイロット燃料制御弁４３のみによる制御から、パイロット燃料制御弁４３と主燃料制御弁３３による制御に移行した段階では、切替手段５０の操作により燃料が供給される主燃焼ノズルの数を選択できるので、主燃料制御弁３３における燃料流量に応じて切替手段５０を操作すれば、燃焼器９における燃焼の温度レベルに応じて、パイロット燃焼ノズルと主燃焼ノズル１本による燃焼と、パイロット燃焼ノズルと主燃焼ノズル２本による燃焼とを選択することができる。
【００４７】
図５は、当量比とＣＯ排出量の関係を主燃焼ノズルが１本の場合と２本の場合とで比較したグラフであるが、この図から解るように、同じ当量比でも両者を比較すると主燃焼ノズルが１本の場合の方がＣＯ排出量が低くなっている。
【００４８】
これは、パイロット燃料制御弁４３と主燃料制御弁３３による燃料制御の段階において、制御主燃料供給系３９の燃料流量が比較的少ない状態では、主燃焼ノズルを１本とすることにより、燃料弁の圧力が上昇し、燃料の霧化が良好となり、燃料の濃度が１本の場合の２倍になって燃焼が良くなるからであると考えられる。これによって、ＣＯの排出が減るだけでなく、ＴＨＣの排出も減少する。これに対し、同じ状況で主燃料ノズルが２本であると、希薄側に偏り、燃焼が不完全となり、ＣＯ、ＴＨＣの排出が増えてしまう。
【００４９】
なお、燃焼が良くなることによりＮＯX の排出が増加するが、本例ではパイロット当量比を調整することによりＮＯX 排出の増加は抑えることができる。
【００５０】
このように本例によれば、切替手段５０によって燃料が供給される前記主燃焼ノズルの数を選択的に切り替えることにより、燃料の燃焼が良好となり、排気エミッションの低減が可能となり、低ＮＯX 、低ＣＯ、低ＴＨＣとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る燃料制御装置の概略の構成を表すブロック図である。
【図２】パイロット当量比とＮＯx 排出量の関係と、パイロット当量比と燃焼効率の関係を、燃焼器入口温度をパラメータとして示した本発明の作用・効果説明図である。
【図３】本発明に係る燃料制御装置の運転状況下におけるＮＯx とパイロット当量比の相関を表す説明図である。
【図４】本発明に係る燃料制御装置の他の実施形態の概略の構成を表すブロック図である。
【図５】本発明に係る燃料制御装置の他の実施形態において、当量比とＣＯ排出量の関係を主燃焼ノズルが１本の場合（Ｍ１本）と２本の場合（Ｍ２本）とで比較したグラフである。
【図６】再生サイクルガスタービンの概略の構成を表すブロック図である。
【図７】従来の燃料制御装置の概略の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…再生サイクルガスタービン
９…燃焼器
３１，３１ａ…ガスタービンの燃料制御装置
３３…主燃料制御弁
３９…主燃料供給系
４１，４１ａ…パイロット燃料供給系
４３…パイロット燃料制御弁
４７，４７ａ…戻り管
５０…切替手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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